Nanoteknologi kan hjælpe med at bekæmpe diabetes:Injicerbar nanogel kan overvåge blodsukkerniveauer, udskille insulin efter behov

Injicerbare nanopartikler udviklet på MIT kan en dag eliminere behovet for, at patienter med type 1-diabetes konstant skal overvåge deres blodsukkerniveauer og injicere sig selv med insulin.

Nanopartiklerne blev designet til at registrere glukoseniveauer i kroppen og reagere ved at udskille den passende mængde insulin, derved erstatte funktionen af ​​pancreas-ø-celler, som ødelægges hos patienter med type 1-diabetes. Ultimativt, denne type system kunne sikre, at blodsukkerniveauet forbliver afbalanceret og forbedre patienternes livskvalitet, ifølge forskerne.

"Insulin virker virkelig, men problemet er, at folk ikke altid får den rigtige mængde af det. Med dette system med udvidet udgivelse, mængden af ​​udskilt lægemiddel er proportional med kroppens behov, siger Daniel Andersen, en lektor i kemiteknik og medlem af MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research og Institute for Medical Engineering and Science.

Anderson er seniorforfatter til et papir, der beskriver det nye system i et nyligt nummer af tidsskriftet ACS Nano . Hovedforfatter af papiret er Zhen Gu, en tidligere postdoc i Andersons laboratorium. Forskerholdet omfatter også Robert Langer, David H. Koch Institute Professor ved MIT, og forskere fra anæstesiologisk afdeling på Boston Children's Hospital.

Efterligner bugspytkirtlen

I øjeblikket, personer med type 1-diabetes prikker typisk i fingrene flere gange om dagen for at tage blod til at teste deres blodsukkerniveauer. Når niveauerne er høje, disse patienter injicerer sig selv med insulin, som nedbryder det overskydende sukker.

I de seneste år, mange forskere har forsøgt at udvikle insulin-leveringssystemer, der kunne fungere som en "kunstig bugspytkirtel, " automatisk detektering af glukoseniveauer og udskillelse af insulin. En tilgang bruger hydrogeler til at måle og reagere på glukoseniveauer, men disse geler er langsomme til at reagere eller mangler mekanisk styrke, lader insulin sive ud.

MIT-teamet satte sig for at skabe en robust, biokompatibelt system, der ville reagere hurtigere på ændringer i glucoseniveauer og ville være let at administrere.

Deres system består af en injicerbar gel-lignende struktur med en tekstur, der ligner tandpasta, siger Gu, som nu er assisterende professor i biomedicinsk teknik og molekylær farmaceutisk ved University of North Carolina ved Chapel Hill og North Carolina State University. Gelen indeholder en blanding af modsat ladede nanopartikler, der tiltrækker hinanden, holder gelen intakt og forhindrer partiklerne i at drive væk, når de først er inde i kroppen.

Ved at bruge et modificeret polysaccharid kendt som dextran, forskerne designet gelen til at være følsom over for surhed. Hver nanopartikel indeholder kugler af dextran fyldt med et enzym, der omdanner glucose til gluconsyre. Glukose kan diffundere frit gennem gelen, så når sukkerniveauet er højt, enzymet producerer store mængder gluconsyre, gør lokalmiljøet lidt mere surt.

Det sure miljø får dextran-sfærerne til at desintegrere, frigivelse af insulin. Insulin udfører derefter sin normale funktion, omdannelse af glukose i blodbanen til glykogen, som optages i leveren til opbevaring.

Langsigtet kontrol

I test med mus, der har type 1-diabetes, forskerne fandt ud af, at en enkelt injektion af gelen opretholdt normale blodsukkerniveauer i gennemsnitligt 10 dage. Fordi partiklerne for det meste består af polysaccharider, de er biokompatible og nedbrydes til sidst i kroppen.

Forskerne forsøger nu at modificere partiklerne, så de kan reagere hurtigere på ændringer i glukoseniveauet, med pancreas ø-cellers hastighed. "Ø-celler er meget smarte. De kan frigive insulin meget hurtigt, når de først mærker høje sukkerniveauer, " siger Gu.

Før man tester partiklerne i mennesker, forskerne planlægger at videreudvikle systemets leveringsegenskaber og arbejde på at optimere den dosering, der er nødvendig for brug til mennesker.

"Det er klart, længerevarende undersøgelser er berettigede, men fra et lukket sløjfe-perspektiv, dette er en meget smart tilgang til normalisering af blodglukoseniveauer hos personer med diabetes, opnås ved at integrere glukosesensoren med insulintilførslen, meget som en naturlig betacelle i bugspytkirtlen, " siger Frank Doyle, en professor i kemiteknik ved University of California i Santa Barbara, som ikke var en del af forskerholdet.

Artiklen har titlen "Injectable Nano-Network for Glucose-Mediated Insulin Delivery."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.